铁电第四章

铁电晶体的的结构及性质饶燕生摘要：铁电材料具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导、介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。

这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景[]。

本文第一章介绍了晶体的介电性质，包括压电效应及逆压电效应、热释电效应和铁电效应以及相应的基本特点。

然后简要介绍了铁电晶体的发展情况。

第二章主要是关于铁电晶体的基本概念及性质：首先是自发极化的现象及产生，以及铁电体中电畴的概念，简要解释了产生铁电效应的基本前提及要求；然后介绍了铁电体的最基本特性—电滞回线，包括电滞回线的基本含义及相关参数和电滞回线的测量；接着是铁电相的转变温度即居里点；最后简要介绍了关于铁电晶体的分类。

第三章主要是关于铁电晶体的相变即居里点附近非平衡电子对相变的影响。

首先从热力学出发写出了铁电半导体的自由能一般表达式；然后从自由能上分别分析了铁电晶体的二级相变和一级相变以及相变过程中相应参数的变化，最后简要考虑了非平衡电子对相变的影响，包括对居里点、自发极化、介电和压电性质以及潜热和热容量的突变的影响。

目录摘要：......................................................................... 错误!未指定书签。

第一章绪论 ............................................................. 错误!未指定书签。

引言..................................................................... 错误!未指定书签。

晶体的介电性质 ................................................ 错误!未指定书签。

分子铁电的对称性与物理性质分子铁电晶体,是由分子或分子离子通过范德华力、静电力等作用聚集而形成的电介质晶体。

分子铁电作为电子技术领域重要的功能性材料,其极性晶体结构可以呈现自发电极化,并且自发极化的方向能随外电场方向改变。

这种特殊的晶体结构可以具有非挥发铁电开关效应、压电性、热释电性和非线性光学效应等特性。

从近年来有关分子铁电的研究成果可以看出,关于分子铁电相变对称性的研究日趋成熟。

铁电相变过程中的结构对称性破缺、各种物理性质(介电、压电,非线性光学和热释电等)的对称性变化等研究逐步成为研究分子铁电的系统方法学。

然而,铁电相变的对称性破缺所产生的影响远不止以上提及的物理性质的演化。

随着近年来新技术的发展,围绕分子铁电晶体的对称性和物理性质的研究亟待需要在新技术的基础上建立新的表征方法,发展和掌握原位、实时、微区物理性质测量技术已成为分子铁电研究的前沿领域。

在本论文中,我们设计、合成了三类新型分子铁电多功能材料。

基于材料的单晶或薄膜等形态,我们研究了这些铁电晶体对称性允许的物理性质,例如介电、压电、SHG,热释电和铁电等特性。

除此之外,我们还将额外的物理性质引入分子铁电晶体当中。

通过分子设计与晶体工程,分子铁电材料可以实现诸多有趣的功能。

例如具有旋光开关特性的光学活性分子铁电体,具有反铁电特性的分子铁电体,具有窄带隙半导体特性的分子铁电体。

这些物理性质在一定程度上丰富了分子铁电的研究范围,并为分子铁电与其它研究领域的结合提供了一定的材料支持和技术积累。

第二章中,通过引入单一手性有机分子作为极性组分,我们成功构建了一系列具有光学活性的多轴分子铁电体。

我们发现(R)-(-)-3-羟基奎宁环卤化物系列中的铁电性是由于单一手性有机分子的螺旋排列导致的。

由于存在来自分子手性和空间螺旋排列这两种旋光起源在相变前后的贡献不同,(R)-(-)-3-羟基奎宁环卤化物系列的晶体比旋光度和旋光方向都会在在顺电-铁电相变过程中发生变化。

湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称: 工厂供电2006 年至2007 年第 1 学期第6 次课一. 概述电弧是电气设各运行中出现的一种强烈的电游离现象, 其特点是光亮很强和温度很高。

首先, 电弧延长了电路开断的时间, 使短路电流危害的时间延长, 这可能对电路设备造成更大的损坏。

同时, 电弧的高温可能烧损开关的触头, 烧毁电气设各及导线电缆, 还可能引起电路弧光短路, 甚至引起火灾和爆炸事故。

此外, 强烈的弧光可能损伤人的视力,严重的可致人眼失明。

二. 电弧的产生（－）产生电弧的根本原因开关触头在分断电流时之所以会产生电弧, 根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。

这样, 当分断的触头之间存在着足够大的外施电压的条件下, 就有可能强烈地电游离而发生电弧。

（二）产生电弧的游离方式（1）热电发射（2）高电场发射（3）碰撞游离（4）热游离三. 电弧的熄灭（－）熄灭电弧的条件要使电弧熄灭, 必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率, 即电弧中离子消失的速率大于离子产生的速率。

（二）熄灭电弧的去游离方式（1）正负带电质点的“复合”（2）正负带电质点的“扩散”（三）交流电弧的熄灭特点（四）开关电器中常用的灭弧方法（1）速拉灭弧法（2）冷却灭弧法教学内容板书或旁注（3）吹弧灭弧法（4）长弧切短灭弧法（6）狭沟灭弧法（5）粗弧分细灭弧法（7）真空灭弧法（8）六氟化硫（SF6）灭弧法四. 对电气触头的基本要求（1）满足正常负荷的发热要求（2）具有足够的机械强度（3）具有足够的动稳定度和热稳定度（4）具有足够的断流能力湖北水利水电职业技术学院教师授课教案湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称: 工厂供电2006 年至2007 年第 1 学期第8 次课湖北水利水电职业技术学院教师授课教案四、变电所主变压器台数和容量的选择（－）变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则:1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

目录摘要 01 电介质的极化 01.1 电介质的极化机制 01.2 克劳修斯－莫索提公式 (1)1.3 极化弛豫 (1)1.4 自发极化 (1)1.5 极化灾变 (2)2 铁电材料 (2)2.1 概述 (2)2.2 基本性质 (4)2.3 研究进展 (5)3 铁电性 (7)3.1 自发极化 (8)3.2 电畴 (8)3.3 电滞回线 (9)3.4 铁电体的介电常数 (10)3.5 压电性 (11)3.6 晶体结构和铁电体的分类 (12)铁电相变 (12)3.8 反铁电性 (13)3.9 铁电性的应用 (15)浅谈铁电性[摘要] 本文主要由三个部分组成。

第一个部分主要阐述了电介质的极化，其中包括了电介质的极化机制、克劳修斯－莫索提公式、极化弛豫和极化灾变等方面。

第二个部分主要介绍铁电材料。

最后一个部分对铁电性进行论述，其中包括自发极化、电畴、电滞回线、铁电体的介电常数、压电性和晶体结构和铁电体的分类等方面。

1 电介质的极化外电场作用下，电介质显示电性的现象。

在电场的影响下，物质中含有可移动宏观距离的电荷叫做自由电荷；如果电荷被紧密地束缚在局域位置上，不能作宏观距离移动，只能在原子范围内活动，这种电荷叫做束缚电荷。

理想的绝缘介质内部没有自由电荷，实际的电介质内部总是存在少量自由电荷，它们是造成电介质漏电的原因。

一般情形下，未经电场作用的电介质内部的正负束缚电荷平均说来处处抵消，宏观上并不显示电性。

在外电场的作用下，束缚电荷的局部移动导致宏观上显示出电性,在电介质的外表和内部不均匀的地方出现电荷,这种现象称为极化，出现的电荷称为极化电荷。

这些极化电荷改变原来的电场。

充满电介质的电容器比真空电容器的电容大就是由于电介质的极化作用。

1.1 电介质的极化机制①电子极化，是在电场作用下原子核与负电子云之间相对位移，它们的等效中心不再重合而分开一定的距离l形成电偶极矩p e＝el(l由负电中心指向正电中心,e是电荷量,见电偶极子)。

凝聚态物理（070205）● 培养方案（一）培养目标和要求1、努力学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论，坚持党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法，品德良好，学风严谨，具有较强的事业心和献身精神，积极为社会主义现代化建设服务。

2、掌握坚实宽广的理论基础和系统深入的专门知识，能将物理理论与实际问题关联起来的、具有理论与实践相结合能力的研究与应用性专业人才。

3、积极参加体育锻炼，身体健康。

4、硕士应达到的要求：(1)掌握本学科的基础理论和相关学科的基础知识，有较强的自学能力，及时跟踪学科发展动态。

(2)具有项目组织综合能力和团队工作精神，具有一定的公关能力及和谐的人际关系。

(3)具有强烈的责任心和敬业精神。

(4)广泛获取各类相关知识，对科技发展具有敏感性。

(5)有扎实的英语基础知识，能流利阅读专业文献，有较好的听说写译综合技能。

5、本专业的主要学习内容有：高等量子力学，群论，统计物理和多体理论，量子场论，固体物理，光电子物理，计算机应用，专业英语等课程，另外还要参加教学实习，全国性学术交流会议，撰写毕业论文等实践环节。

硕士生毕业可以继续深造攻读博士学位，或在相关企事业任职。

（二）研究方向1、光电子物理，主要导师：石旺舟教授，杜国平教授，黄磊教授, 谢东珠副教授，秦晓梅副教授2、计算凝聚态理论，主要导师：叶翔副教授3、极化材料与器件，主要导师：刘爱云副教授, 林方婷副教授（三）学制三年（特殊情况下可以适当延长或缩短）（四）课程设置与学分要求1、必修课程：（1）学位公共课程：（每门课程2学分）科学社会主义理论与实践Theory and Practice of Scientific Socialism自然辩证法Dialectics of Nature第一外国语First Foreign Language（2）学位基础课：（每门课程3学分，选四门）高等量子力学Advanced Quantum Mechanics群论Group Theory统计物理与多体理论Statistical Physics and Multibody Theory高等固体物理Solid State Physics量子场论Quantum Field Theory（3）学位专业课：（除专业外语2学分外，其他每门课程3学分）专业外语Specialized Foreign Language微电子器件物理Microelectronic Device Physics光电子学Optoelectronics半导体物理Semiconductor Physics专业计算机编程Computer Programming【注】专业外语为必选课程。

选修4 第四章第一节原电池授课教师：锦州市铁路高级中学关锋【教学目标】知识与技能：1、让学生体验化学能与电能相互转化的探究过程；2、使学生进一步了解原电池的工作原理和构成原电池的条件；3、能够写出电极反应式和电池反应方程式。

过程与方法：1.通过分组实验培养学生观察能力与分析思维能力。

2.实验引导学生以问题为中心的学习方法，学会发现问题、解决问题的方法。

3、加深理解实践→认识→再实践→再认识的辨证唯物主义的思维方法。

情感态度与价值观：通过一些实验和科学探究过程，使学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。

【教学重点】进一步了解原电池的工作原理和构成条件；能够写出电极反应式和电池反应方程式。

【教学难点】原电池的工作原理【教学方法】学案导学---实验探究法【教学过程】教学环节教师活动学生活动设计意图引课[播放视频]从熟悉的广告画面引入原电池原理，进而引出电化学的概念。

[投影]1、电化学的概念：2、电化学的分类：3、与电化学有关的应用：播放有关氯碱工业、各类电池制造、电镀和电冶金工艺的图片。

[观看视频]思考与广告中的产品有关的化学原理。

联系生活实际让学生感受身边的电化学知识，同时也帮助学生对电化学的研究领域和工艺形成一些感性认识。

温习旧知探索新知对锌铜原电池工作原理的进一步探究[投影]1、基本概念：原电池定义：原电池反应本质：闭合电路的形成：原电池电极反应式的书写：2、原电池的构成条件：[探究实验1]设问：该装置是否是原电池？电流表指针是否会偏转？设问：该装置是否会持续产生电流？[思考与交流]上述装置是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于硫酸铜溶液的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。

这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？学生回忆后讨论作答观察并记录实验现象小组间交流、讨论师生互动讨论，得出结论。

分组交流，结合教材p71实验4-1设计实验通过对必修化学2第二章第二节的有关原电池知识的复习，为本节课引入半电池、盐桥等新概念作为铺垫。

第四章 Dither的原理及其在ADC中的应用Dither的字面意思是“发抖”、“抖动”、“颤`动”。

Dither技术已运用在许多方面，如在控制系统中用Dither技术进行雷达天线的自适应补偿、射电望远镜中滑动摩擦的补偿；在铁电物质LCD中运用Dither技术可实现一千六百万种色调；在扫描光学显微镜中利用Dither 原理提高其灵敏度；在研究无序系统时注入dither则起到了很好的效果等等。

总之，Dither 技术在语音、声学仪器；分析振动和滚动的机器设备；研究电子线路的非线性畸变等许多领域得到应用。

而在这里则着重探讨Dither在ADC中的应用。

第一节 Dither信号在ADC中的运用和发展历史1951年Goodall首先将Dither信号用在视频脉码调制(PCM)中以降低量化效应。

Goodall 用一个5bit,32 level高速ADC来再生电视图像时，图像强度上由量化步长而产生轮廓效应很容易被肉眼察觉。

Goodall发现加入一个幅度均方值小于输入信号峰峰值40dB的随机噪声后，轮廓就被遮掩了。

虽然图像好比被“噪化”，但大多数观察者认为这样的系统还是比较完美的。

Robert进一步研究运用噪声屏蔽轮廓效应。

他指出通常需要6到7个量化比特才能获得良好图像，当加入伪随机噪声后，只要3到4个量化比特就能得到人们可接受的图像。

在他的工作中还有几个新思想。

首先，他提出在ADC输入端加入一定量的噪声，在重新转换为模拟信号后再减去同样量的噪声的概念；其次，他明确地指出：这种加入噪声的处理打乱了原有的数字编码步长而类似于附加噪声，这使得整个变换通道非常类似于一个模拟通道。

很明显，这种加-减结构只是平均了输入信号，而一点也没有增加噪声的均方值。

有了Dither，量化噪声就变成了宽带噪声而和信号不相关。

到了60年代早期，Dither得到广泛的应用。

这就是在量化器的输入端再加上一个模拟信号，在量化后再把它减掉。

Schuchman研究了作用在量化噪声上的Dither效应。

第四章固溶体本章重点：至今，我们认为缺陷如果和具有化学计量比的晶体联系在一起，那么它们就是本征缺陷，如果和掺杂物或杂质联系在一起，就是非本征缺陷。

对于后一种情况，掺杂物或者占据间隙位置，或者在基质晶格中取代原子或离子的位置。

随着掺杂物浓度的增加，大于～0.1到1%，这种材料常被认为是固溶体而不是掺杂材料，在结晶态材料中固溶体是十分常见的。

材料的某些性质，如导电性、铁磁性，往往能通过形成固溶体的途径通过改变组成而变化，这在设计具有特殊性质的新材料时会有极大用处。

固溶体基本上是一种允许有可变组成的结晶相。

对于掺杂晶体来说，简单的固溶体有两种类型：取代固溶体（substitution solid solution）和填隙固溶体（interstitial solid solution）。

在取代固溶体中，导入的原子或离子直接代替母体结构中带相同电荷的原子或离子；在填隙固溶体中，导入的物种占据晶体结构中空位而无任何离子或原子被取代。

从这两种类型出发，可以通过取代和填隙两种形式并存或在主体结构中导入不同电荷的离子等方式，导出许许多多更为复杂的固溶体机理。

在正常情况下，一个特殊的化合物不会显示出一个较宽范围的组分，非整比化合物（non-stoichiometric compound）的表达式并不是简单原子整数比，它们通常表现一定范围的组成。

非整比化合物能够通过在体系中引入杂质来制备，在工业上有着潜在的应用，它们的电学、光学、磁性和机械性能够通过改变原子组分的比例来改变，在电子学和其它工业领域被广泛开发和研究。

§ 4.1概述4.1.1固溶体的定义液体分为纯净液体和含有溶质的液体，固体也分为纯晶体和含有杂质的固体。

我们把含有杂质原子的晶体称为固体液体，即固溶体。

可以将原来的晶体（基质晶体）看作溶剂，掺杂物看作溶质。

例如：原来纯晶体为AC和BC，生成固溶体以后，化学式为(A x B y)C。

如MgO和CaO生成固溶体，可写为(Mg1-x Ca x)O。

第一章热学性能1、热容热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1k所需要增加的能量2、金属高聚物的热容本质及比较大小高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。

大多数高聚物的比热容在玻璃化温度以下比较小，温度升高至玻璃化转变点时，分子运动单位发生变化，热运动加剧，热容出现阶梯式变化。

高分子材料的比热容由化学结构决定，温度升高，使链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而需提供更多的能量。

一般而言，高聚物的比热容比金属和无机材料大。

3、热膨胀的物理本质物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。

材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。

材料温度一定时，原子振动但平衡位置保持不变，材料不随温度升高而发生膨胀；而温度升高，振动中心右移，原子间距增大，材料产生热膨胀。

4、化学键对热膨胀的影响材料的膨胀系数与化学键强度密切相关。

对分子晶体而言，膨胀系数大；而由共价键相连接的材料，膨胀系数小的多。

对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。

5、从化学键角度比较高聚物的膨胀系数对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。

6、热膨胀与熔点、热容的关系（1）热膨胀与熔点的关系当固体晶体温度升高至熔点时，原子热运动将突破原子间结合力，使原有的固态晶体结构被破坏，物体从固态变成液态，所以，固态晶体的膨胀有极限值。

因此，固态晶体的熔点越高，其膨胀系数就越低。

（2）热膨胀与热容的关系热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大，每升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。

钢铁是怎样炼成的读书笔记4到6章一、第四章。

1. 情节概括。

- 在这一章中，保尔在车站食堂的工作依旧十分艰辛。

他遭受着老板和堂倌们的压迫与欺辱。

例如，他每天要长时间地工作，疲惫不堪，还要忍受堂倌们无端的打骂。

保尔并没有被这种恶劣的环境完全击垮。

- 他在这里结识了弗罗霞，一个同样在食堂受苦的女工。

他们之间有着一种同病相怜的情感。

弗罗霞在某种程度上给了保尔一些温暖，尽管这种温暖在那个黑暗的环境中是如此的微弱。

- 最终，保尔因为一次意外的失误（往烧水的锅里撒了烟末）而被堂倌们狠狠惩罚，并且被赶出了车站食堂。

这一情节也成为保尔离开这个恶劣工作环境的转折点。

2. 人物分析。

- 保尔：在这一章节中，保尔的坚韧性格进一步展现。

尽管工作环境极度恶劣，他仍然努力工作，没有轻易放弃。

他对不公的待遇有着本能的反抗意识，当他往锅里撒烟末时，虽然是一个失误，但也可以看作是他潜意识里对堂倌们长期压迫的一种反抗。

他在苦难中还能保持着对他人的同情，和弗罗霞的相处体现了他善良的一面。

- 弗罗霞：她是一个善良、柔弱的女性形象。

在食堂的艰苦环境下，她默默忍受着痛苦。

她对保尔的关心和同情，反映出她内心的善良。

她也是那个黑暗环境下的受害者，没有能力改变自己的命运，只能在苦难中寻找一点微薄的温暖。

3. 主题探讨。

- 这一章节通过保尔在车站食堂的经历，深刻地揭示了沙俄社会底层人民的悲惨生活。

底层人民在压迫和剥削下艰难求生，没有基本的人权和尊严。

同时，也表现出在黑暗环境中人性的光辉依然存在，保尔和弗罗霞之间的情谊就是黑暗中的一抹亮色，这也暗示着即使在最黑暗的社会环境中，人与人之间的同情与温暖也是无法被完全磨灭的。

二、第五章。

1. 情节概括。

- 保尔离开车站食堂后，他的哥哥阿尔焦姆为他找到了一份在发电厂的工作。

在发电厂工作期间，保尔接触到了一些新的人和事。

- 他结识了电工朱赫来，朱赫来是一个布尔什维克党员。

朱赫来的出现对保尔的人生产生了巨大的影响。